表面が制御された徐放性ナノチューブカプセルの化粧品への応用

産業技術総合研究所・ナノシステム研究部門・形態機能ナノシステムグループ

増 田光 俊We reported encapsulation of synthetic perfumes (eugenol and d-limonene) into cylindrical nanospace of organic
nanotubes, so called “ONTs”. ONTs are self-assembled from tube forming glycolipids, their hydrophobized analogues,and these mixtures. As results, we prepared ONTs with both – COOH, – COOMe, and hydrophobic carbobenzoxy groups
localized on cylindrical nanochannels. The ONTs are able to capture the perfumes in their hollow cylinders by capillary
force upon addition of ethanolic perfume solutions. The ONT having inner surface covered with – COOH or with – COOMe
exhibited high encapsulation efficiency for eugenol. On the other hand, the ONT showed moderate encapsulation efficacy
for limonene. These results indicated the efficiency should be relevant to hydrogen bond formation between – OH groupsof eugenol and oxygen atoms of the – COOMe on inner surface. The release of eugenol from the ONT was accelerated byhydrophilic inner surface of the nanochannels and also by high humidity of atmosphere, indicating suitable for functional
release of perfumes. All these results showed that ONTs with optimized inner surface are promising nanocapsules forcosmetic applications.

１．緒性ナノカプセルとしての利用にも期待できるものである。

言本研究では ONT の化粧品用ナノカプセルへの用途の可化粧品をはじめ医療、製薬、食品、農薬、畜産などの幅能性を探るため、まずは香料成分のカプセル化特性を検討

広い産業分野において、有効成分を必要な場所で必要に応した。次に得られた香料／ ONT カプセル体からの香料放じて放出する技術の重要性が注目されはじめており、この出挙動について、ONT 内表面の親水／疎水性、また放出ための機能性ナノカプセルやマイクロカプセルなどが数多雰囲気の湿度とともに評価した（図１）。

1）

く報告されてきた 。この様なカプセルの多くは球状の微従来のナノカプセルの代表例として界面活性剤が形成す粒子やミセル、そして中空のリポソームなどであった。一るミセルや大環状分子のシクロデキストリン（CD）が挙げ方、我々は脂質が自己集合してチューブ状ナノ構造（有機られる。ミセルは流動的な集合体であり、化合物によってナノチューブ、Organic nanotube、以降「ONT」と記述）

は低温で結晶化・沈殿するなどの課題がある。また厳密にを形成することに着目した研究を行っている2−4）。このは中空構造を持たない。一方、CD は安定な空孔を持つが、ONT はナノカプセルとして理想的な中空ナノ空間と開端

そのサイズが１nm 以下であるため、カプセル化される分部を持つため、薬物の包接や放出に優れていると考えられ、子に限界があった。ONT は固体状のカプセルで、CD の約これまでに以下の点について明らかにしている。

10 倍以上のサイズを持つ。また用いる分子の構造によっ①水に良分散で長期安定性に優れる。てチューブ口径やチューブ内表面も制御できるため、疎水②外表面が異なる官能基で被覆された非対称なチューブ構性で水に難分散性の化粧品有効成分のカプセル化にも最適

造では、内径（約 6 ～80 nm）、長さ（約 100 nm ～数 mm）、であると考えられる。

内外表面の電荷（正負）や疎水性を制御できる。

２．実③薬物、タンパク質、DNA 等のゲストを混合するだけで静電相互作用などにより効率的にカプセル化し、これらを安定化する。

験

カプセル化する香料成分として d- リモネン（LN）、オイゲノール（EL）を用いた。またカプセル化に用いる有機ナ④上記③のカプセル化物において外部刺激等に応じてゲスノチューブ（ONT）として、チューブ形成脂質１、２、おトを放出できる。

よび１と３の混合物（モル比 = 10 / 2）の自己集合によってこれらの特性は、香料等の化粧品有効成分のための機能それぞれ ONT- 1、ONT- 2、ONT- 1 / 3 を得た。用いた脂質は既報より合成した 5 , 6）。これらの脂質をジメチルスルホ

Cosmetic application of sustained-releasenanotubes capsules via surface control
Mitsutoshi Masuda
Morphofunctional Nanosystem Group,
Nanosystem Research Institute（NRI），
National Institute of Advanced Industrial
Science and Technology（AIST）

キシド（DMSO）に加熱溶解後、冷却することで自己集合によって ONT を形成させた。得られた分散液を透析してDMSO を除去し、その後の凍結乾燥によって ONT を単離し以降の実験に用いた。
香料カプセル化− 44 −

香料成分のカプセル化は ONT への毛細管現象によって表面が制御された徐放性ナノチューブカプセルの化粧品への応用行った 7）。すなわち凍結乾燥した ONT（0 . 03 mmol）に LNいて ONT をよく洗浄し、外表面の EL を除去した。これ

あるいは EL のエタノール溶液（20 mmol / EtOH 0 . 3 mL）

を 22 ℃で湿度８%、55 % に制御したデシケーターに入れ、を加え 30℃で 20 時間、あるいは 72 時間放置した。遠心分

一定時間毎に ONT を取り出し、EtOH に分散し遠心分離離により過剰のエタノール溶液を除去し、残渣を真空乾燥によって ONT を分離後、UV により残存する EL を定量ししながらその重量をモニターした。この乾燥は EL（沸点た。以上により放出量を求めた。なおデシケーター内の相254 ℃）の場合 80 ℃で、LN（沸点 176 ℃）は 23 ℃（室温）

対湿度はそれぞれ NaOH 飽和水溶液と 55 % Ca（NO 3）2 水溶で行った。最終的に得られた香料／ ONT カプセル体につ液によって制御した。

いて、核磁気共鳴スペクトル測定によりそのカプセル化量３．結を求めた。すなわち脂質分子と香料のプロトンシグナルの果積分より両成分のモル比を求め、カプセル化量とした。なチューブ形成脂質１、２、および１と３の混合物（モルお測定時（60℃、重 DMSO 中、5 mg/mL）に ONT が完全比 = 10 / 2）より、それぞれ ONT- 1、ONT- 2、ONT- 1 / 3 をに溶解することを確認している。また上記カプセル化後の得た（図１）。チューブ外表面はいずれも親水性の１－グ

有 機 ナ ノ チ ュ ー ブ に つ い て、 走 査 型 電 子 顕 微 鏡（ 日 立

ルコサミド残基で被覆されている。チューブ内表面はS - 4800）を用いて形態観察した。つまり TEM 用カーボン

ONT- 1 ではカルボキシル基（−COOH 基）、ONT- 2 ではメ

グリッドにナノチューブを滴下乾燥後、pH 5 に調製したリチルエステル基（−COOMe）、ONT- 1 / 3 では−COOH 基

ンタングステン酸（２%）を滴下することでネガティブ染色とカルボベンゾキシ基（−Cbz 基）で被覆されていることし、透過像（Scanning transmission electron microscopicが既報を参考にして明らかにした 5）。
単離後の ONT- 1 の走査型電子顕微鏡像を図２に示す。

image, STEM image）によってチューブ形態とその内空間などの微細構造を可視化した。

いずれの ONT でも内空間が染色剤によって黒いコントラ

香料放出実験

ストを与え、既報通り内径約８nm、外径約 12 ～ 15 nm、香料として EL をモデル化合物として用いた。それぞれ

壁厚約３～４nm、長さ約 100 nm ～１mm 程度のチューブのONT（15 mg）にELのエタノール溶液（ 5 mmol EL / 0 . 75 ml

構造を形成することを確認した。また上記の壁厚が伸びきEtOH）を加え、室温で３日間放置しカプセル化を行った。

った脂質分子の長さに相当していることから、ONT は１

その後、100 nm 孔の PC 濾過膜上でろ過、エタノールを用枚の単分子膜で形成されていることが判った。

図１ 左図：自己集合により内表面がカルボン酸性の有機ナノチューブを形成する脂質 1,内表面が疎水性の ONT を形成する 2, および 1 と混合して自己集合することで内表面を部分的に疎水性に変換する誘導体 3。右図：自己集合による ONT 合成とカプセル化や放出に用いた d -リモネン（LN）とオイゲノール（EL）。

− 45 −

コスメトロジー研究報告 Vol.22, 2014

えて ONT- 1 / 3 では、EL の芳香環とチューブ内壁の Cbz

香料のカプセル化
毛細管現象を利用した香料成分の ONT へのカプセル化

基間の π-π 相互作用も寄与している可能性もある。

を検討した。20 時間のカプセル化工程によって香料成分上述の減圧乾燥において重量がほぼ一定になった時点を導入後、真空下での重量減少特性を図３に示す。乾燥温度

カプセル化された香料として定量した。すなわち核磁気共（LN は 23℃、EL は 80℃での真空乾燥）が異なるため比較

鳴スペクトル測定により、それぞれの ONT へのカプセルは困難ではあるが、カプセル化量が比較的多い EL（図３

化量をチューブ形成脂質に対する LN と EL のモル比やそ

右図。カプセル化の結果は表１）では、LN に較べて ONT

れ ら を 重 量 比 に 換 算 し た 値 を 表 1 に 示 し た。 い ず れ のからの揮発による重量減少が遅いことがわかる。これはONT でも EL のカプセル化量が多い。特に内表面が疎水性

EL 分 子 中 の 水 酸 基 と ONT 内 表 面 の −COOH 基、 −の−COOMe 基で被覆された ONT- 2 では、最大のカプセCOOMe 基とが水素結合を形成するためと考えられる。加ル化量（約 1 . 4 モル等量）を示した。一方、親水性の ONT- 1

図２ 左図：調製した ONT-1（左図）および EL カプセル化後の ONT-1/3 の走査型透過電子顕微鏡像（右図）。いずれもネガティブ染色後の形態。

図３ リモネン（LN、左図）およびオイゲノール（EL、右図）の真空乾燥時の重量減少特性。LN は室温（23℃）
、EL は 80℃での乾燥。
表１

ONT にカプセル化された LN、EL の量− 46 −

表面が制御された徐放性ナノチューブカプセルの化粧品への応用（内表面が−COOH 基）と部分的に疎水性の ONT- 1 / 3（内ると、ONT に対してそれぞれ約 33 wt%、51 wt% の EL を表面が−COOH 基と Cbz 基）を較べると、後者のカプセル保持できることになる。別途得られる類縁体の結晶構造か化が若干多いが、それでもチューブを形成している脂質分ら得た分子の充填パラメーターや STEM 像から得たチュ子に対し 1 . 1 モル等量、すなわち内表面に約１分子程度がーブ径を基に、大まかな空孔率を求めると、１g の脂質か吸着した量であった。なおカプセル化の前後での重量変化

ら ONT が形成できる内空孔の体積は 0 . 3 ～ 0 . 5 mL であっからカプセル化量を求めた場合も、上述の NMR 法と良くた。もし脂質と EL のモル体積（したがって密度）がほぼ一致していることを確認している。

同じであると仮定すれば、72 時間のカプセル化ではほぼ

また ONT- 1 や ONT- 2 について、カプセル化時間を 20全ての内空間を EL で充填出来ていることが推測できる。

時間から、72 時間にするとそのカプセル化量がさらに多

また今回は固体として単離後のカプセル化量を求めたが、くなった（表１、括弧内の値）。この様にカプセル化には、化粧品への用途を考えると水溶液中でのカプセル化量や保かなり長い時間を要することがわかる。

持能力の検討も今後必要であろう。

香料／ ONT カプセル化体の形態について STEM による同様の検討例として吉井らは b - および g - シクロデキス

観察を行ったところ、全ての場合においてカプセル化後もトリン（b - および g -CD）による LN の包接で得られるカプチューブ構造を保持していることが判った（図２、右図）。

セ ル 化 粉 末 に お い て、 １g の CD が 保 持 で き る LN はオイゲノールの徐放

0 . 078 g、0 . 126 g で あ る こ と を 報 告 し て い る 8）。 表 １ の内表面が親水性の ONT- 1 および疎水性の ONT- 2 を用い

ONT に対する LN の重量比と比較すると、ONT- 1 が b -CDて EL の放出特性を異なる相対湿度下（5 %、55 %）で検討とほぼ同等（0 . 069 g）であることが判る。一方、阿部らはした（図４）。その結果、外部の相対湿度が低いほど、まドデシル硫酸ナトリウム（SDS）からなるミセル水溶液へた内表面が疎水性であるほどその放出量が抑制されることの香料の可溶化を検討している 9）。その結果、１モルのがわかった。放出が一番早い親水性内表面の ONT- 1 でもSDS 水溶液に可溶化される LN のモル量（本報告のモル等１週間で約 90％の EL を放出した。一方、徐放性に最も優量と同義）は 0 . 11（ONT- 1 では 0 . 37 モル量）、EL では 1 . 9

れた疎水性内表面の ONT- 2 では１週間後でも約 50 %、湿（ONT- 2 では 2 . 2 モル量）となり、ONT が若干多い。しか度が低い場合では約 40 % 程度にまで放出が抑制されていし阿部らの可溶化は水溶液中であり、ONT 系も同様な条た。

件で検討するべきである。

４．考

一方、ONT からの EL の放出はチューブ内表面を疎水性察から親水性に変化させることによって放出速度を抑制する

香料カプセル化ではエタノール溶液を凍結乾燥したことが出来た。また内表面が親水性の ONT- 1 では外部雰

ONT に毛細管現象で導入することにより、特に EL では囲気の相対湿度の上昇と共に EL の放出速度が加速される

20 時間のカプセル化でチューブ形成脂質に対し等モル量ことがわかった。これは ONT- 1 が毛管現象で雰囲気中の程度、さらにカプセル化時間を 72 時間にすると２モル等水分を取り込む結果、内包していた EL を放出し易くなる量程度までの封入が可能であった。これを質量比に換算すことに起因している可能性が考えられる。この特性は発汗時の香料の加速的放出につながるため、化粧品ナノカプセルとしても適している。

５．総括

本研究では ONT の包接化を評価するため、毛細管現象によるオイゲノールやリモネンのカプセル化を検討し、効率的な香料のカプセル化を達成した。しかしその効率はゲスト化合物や用いる ONT の種類、またカプセル化条件によって大きく変化するため、他の化合物についても最適化を含めた検討が必要である。これら香料の放出では、発汗時を想定した高湿度下での香料の放出加速が出来た。今後は、使用前の香料保持技術が必要となるであろう。また今回はゲストカプセル化によるその安定化効果が未検討であり、これらの点も今後の課題である。
今回の研究では、ONT が香料をカプセル化し、その放出
図４

ONT-1 と ONT-2 からの EL の放出特性の湿度依存性制御も出来ることを明らかにしてきた。化粧品への本格的− 47 −コスメトロジー研究報告 Vol.22, 2014

島剛編 , フロンティア出版 : 東京 , 2008 .

な実用化には、上述の保持技術に加え、安全性、安定性、コストなどの多くの課題を克服する必要がある。我々が開５）Ding, W.; Kameta, N.; Minamikawa, H.; Wada, M.;

発してきた表面の特性やその内径サイズが異なる様々な

Shimizu, T.; Masuda, M., Hybrid organic nanotubes

ONT の一部について、現在、試薬会社を通じた研究用試with dual functionalities localized on cylindrical

薬としての販売に加え、試料提供も行っている。これらを

nanochannels control the release of doxorubicin. Adv.

呼び水とした共同研究によって、化粧品分野への実用化を

Healthcare Mater. 2012 , 1 , 699 - 706 .
６）Kameta, N.; Ding, W.; Masuda, M.; Minamikawa, H.;

加速してきたい。

Wada, M.; Shimizu, T. PCT/JP 2012 / 058724、「 内 表 面（文献）

疎水化有機ナノチューブ、および同ナノチューブを用い

１）マイクロ ／ナノ系カプセル・微粒子の応用展開 . シーエ

た薬剤カプセル化物」.
７）Yui, H.; Shimizu, Y.; Kamiya, S.; Yamasita, I.; Masuda,

ムシー出版 : 2003 .
２）K a m e t a , N . ; M i n a m i k a w a , H . ; M a s u d a , M . ,M.; Ito, K.; Shimizu, T., Encapsulation of Ferritin within

Supramolecular organic nanotubes: how toa Hollow Cylinder of Glycolipid Nanotubes. Chem. Lett.

functionalize the inner nanospace and the outer space.

2005 , 34 , 232 - 233 .
８）Ysohii, H.; Kometani, T.; Furuta, T.; Watanabe,Soft Matter 2011 , 7 , 4539 - 4561 .
３）亀田直弘 ; 増田光俊 ; 清水敏美 , 高分子論文集 2010 ,Y.; Linko, Y.-Y.; Linko, P., Formation of inclusion
complex of cyclodextrin with ethanol under anhydrous

67 , 560 - 573 .

conditions. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1998 , 62 , 2166 -４）亀田直弘 ; 増田光俊 ,「第三章脂質ナノチューブの合成

2170 .と応用、非対称型内外表面をもつ脂質ナノチューブと包接機能」、「有機・無機・金属ナノチューブ～非カーボン９）徳岡由一； 阿部正彦 , 香料を水に溶かすには . 表面

ナノチューブ系の最新技術と応用展開～ 」, 清水敏美 ; 木− 48 −1995 , 33 , 397 - 404 .